1、 摘要 本设计主要以 AT89C51 单片机系统为核心，实现了对交流工频电压进行整 流、逆变后输出频率可调，电压稳定的三相对称正弦波交流电。在设计中运用了 全控型电力电子器件和 SPWM（正弦波脉宽调制）技术，有效改善电路中的谐 波、提高逆变器功率因数、提高系统的动态响应速度。电路采用模块化设计，有 利于升级和扩展。 一、方案选择与论证一、方案选择与论证 本系统要求设计并制作一个三相正弦变频电源，输出线电压有效值维持在 36V，输出频率在 20Hz100Hz连续可调，根据题目要求，我们提出以下三种方 案。 方案一：方案一： 利用 DDS 实现变频电源，与传统的变频电源所不同的是：DDS 技术实
2、现变频电源 不须经过整流和逆变，输出频率精度较高还可大大节省硬件电路。但使用 DDS 芯片设计受功率限制且不符合题目设计框图要求，故不予采用 方案二：方案二： 采用单相桥式整流电路完成交流电变换成直流电任务。 桥式整流电路优点是 输出电压高，纹波电压较小，整流管所承受的最大反向电压较低，效率较高。逆 变电路脉宽调制采用数字分频器、EPROM、D/A 等器件实现。其结构框图如图 1 所示，EPROM 事先存储离线算好的正弦波表供脉宽调制查询使用，改变正弦 波扫描频率，即可实现不同的正弦波频率输出。该方案虽可实现基本要求但电路 过于复杂，输出电压不稳定，而且不利于人机交换。 调节器标准正弦发生电路
3、 晶振 数字分频电路三角波发生电路 PWM形成 去驱动电路 图 1. 方案三：方案三： 整流电路同方案二，逆变电路采用全控型电力电子器件，控制电路使用 AT89C51 单片机。使用全控型器件可使逆变器主电路结构简单，而且控制和驱 动灵活可靠、有效改善电路中的谐波和功率因数、提高系统的动态响应速度。考 虑到全控型器件的动静态特性和安全性，我们采用智能功率模块 IPM。IPM 即 Intelligent Power Module(智能功率模块)的缩写，是以 IGBT 为功率器件的新型模 块。这种功率模块是将输出功率元件 IGBT 和驱动电路、多种保护电路集成在同 一模块内，与普通 IGBT 相比，
4、在系统性能和可靠性上有进一步的提高，而且由 于 IPM 通态损耗和开关损耗都比较低，使散热器的尺寸减小，故使整个系统尺 寸减小。由一片单片机实现脉宽调制， 控制功率器件的导通和关断以及频率设定。 另一片单片机实现电压电流频率功率检测和相应的保护以及人机交换。 这种方案 由于采用单片机技术，使得其具有智能化的特点，简化了硬件电路，有效提高测 量精度，同时也有利用软件对系统误差进行补偿。电路原理框图如图 2 示。 分析以上三种方案的优缺点，显然第三种方案具有更大的优越性、灵活性， 故我们采用第三种方案。 二、单元电路分析与计算二、单元电路分析与计算 如图 2 所示，系统主电路主要由整流、逆变、控制三部分构成。 隔离变压器整流逆变三相负载 检测保护 电压电流显示 MCU控制器键盘设定 功率显示 频率显示 220VAC 图 2. 1. 整流电路整流电路 整流电路依靠二极管的单向导电性完成将交流电变换成直流电。 由桥式整流 电路分析可知：输出端负载电压为 0.9 倍的变压器二次侧电压，即 UL=0.9U2。由 纹波系数计算公式： 22 2 0.483 L L LL VVV K r VV
